전강설계와 존재응력설계

1. 전강설계 (Full Strength Design)

전강설계는 부재 또는 접합부가 파괴되기 전에 충분한 소성변형이 발생할 수 있도록 설계하는 방법이다. 이는 구조 전체의 인성과 연성을 확보하고, 에너지 소산 능력을 높이며, 취성파괴를 방지하기 위한 목적을 가진다.

• 부재 또는 접합부의 설계강도는 다른 인접 부재가 항복한 이후에도 붕괴되지 않을 정도로 설정되어야 한다.
• 전강설계를 적용하면, 파괴는 미리 의도한 위치에서 발생하며 전체 구조물의 거동을 예측 가능하게 만든다.
• 일반적으로 모멘트접합부 설계, 보-기둥 접합부, 기초부 등에서 전강설계를 적용한다.

2. 존재응력설계 (Actual Stress Design)

존재응력설계는 실제 구조 해석을 통해 계산된 응력을 바탕으로 구조 부재를 설계하는 방식이다. 이 방식은 각 부재가 받는 하중과 응력을 그대로 고려하여 설계에 반영한다.

• 정확한 하중 전달 경로와 응력분포가 파악된 경우에 사용되며, 구조물의 재료 낭비를 줄이는 데 유리하다.
• 접합부 등 국부적으로 복잡한 응력 분포가 발생하는 경우에는 적용이 제한적일 수 있다.
• 비전강설계(non-full strength) 방식이라 할 수 있으며, 부재 항복보다 접합부에서 먼저 파괴가 일어날 수도 있다.

3. 비교 예제

다음은 전강설계와 존재응력설계의 차이를 보여주는 간단한 예제이다.

조건

• 보-기둥 접합부에서 발생하는 최대 모멘트: \( M_u = 150 \; \text{kN} \cdot \text{m} \)
• 보의 설계강도: \( \phi M_n = 180 \; \text{kN} \cdot \text{m} \)

전강설계 적용 시

• 접합부 설계강도는 \( \phi R_n \geq 180 \; \text{kN} \cdot \text{m} \) 이상이어야 함
• ⇒ 접합부는 보가 항복한 이후에도 붕괴되지 않도록 설계됨

존재응력설계 적용 시

• 접합부 설계강도는 \( \phi R_n \geq 150 \; \text{kN} \cdot \text{m} \)만 만족하면 됨
• ⇒ 접합부는 보보다 약할 수 있으며, 먼저 파괴될 가능성이 있음